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4 DETECCIÓN DE DISCONTINUIDADES SUPERFICIALES POR MEDIO DE LÍQUIDOS PENETRANTES. 4.1

OBJETIVOS

-

Aplicar los líquidos penetrantes a materiales que requieren de inspección superficial.

-

Detectar discontinuidades, observarlas y analizarlas.

-

Emitir un informe de inspección.

4.2 4.2.1

MARCO TEORICO Fundamento del método

El método se fundamenta en la capacidad que poseen ciertos líquidos para penetrar y ser retenidos en discontinuidades

abiertas a la superficie (grietas, poros, fisuras, etc.) en materiales

preferentemente no ferromagnéticos y de poca rugosidad.

Esta capacidad de penetración, o capilaridad, depende principalmente de las

propiedades de:

mojabilidad (ángulo de contacto entre líquido y sólido), tensión superficial (T) y viscosidad (). Un buen poder de .penetración se consigue con un líquido de elevada tensión superficial, pequeño ángulo de contacto (menor a 90 grados) y baja viscosidad. 4.2.2

Definiciones importantes

4.2.2.1 Luz negra Es energía radiante no visible al ojo humano, pero que lo afecta si se mira directamente a la lámpara que lo emite. 4.2.2.2 Fluorescencia Es la propiedad que poseen algunas substancias para emitir radiaciones de mayor longitud de onda que la recibida de otra fuente de radiación.

4.2.3

Clasificación de los líquidos penetrantes

Según la norma ASTM E-165, los líquidos penetrantes se clasifican en:

REMOCION DEL

METODO

TIPO

PROCESO

PIGMENTO

A

1

A1

Fluorescente

Lavable con agua

A

2

A2

Fluorescente

Post – emulsificable

A

3

A3

Fluorescente

Removible con solvente

B

1

B1

Coloreada

Lavable con agua

B

2

B2

Coloreada

Post – emulsificable

B

3

B3

Coloreada

Removible con solvente

PENETRANTE

4.2.3.1 Líquidos penetrantes fluorescentes Son líquidos que tienen, en su composición un pigmento fluorescente, que se vuelve claramente visible al observarlo en una cámara oscurecida y con luz negra 4.2.3.2 Líquidos penetrantes coloreados Son disoluciones de pigmentos fuertemente coloreados en disolventes, visibles a simple vista. 4.2.3.3 Líquidos penetrantes lavables con agua El agua debe tener una presión promedio de 30 psi, y 50 psi como máximo, a una temperatura entre 16 y 43 grados centígrados. 4.2.3.4 Líquidos penetrantes post-emulsificables Son aquellos que, previo al lavado, requieren de la emulsificación. 4.2.3.5 Emulsificación Es la acción de aplicar el emulsificador a los líquidos penetrantes tipo 2, para que adquieran la propiedad de ser lavables con agua. 4.2.3.6 Líquidos penetrantes removibles con solvente. Tener cuidado con la remoción para que no se extraiga el líquido penetrante que ha ingresado en las discontinuidades

4.2.4

Conjunto de líquidos penetrantes.

El set de líquidos penetrantes contiene: 4.2.4.1 Limpiador I removedor (Cleaner I remover). Es un solvente utilizado para limpiar inicialmente la zona de examen, y luego para remover de la superficie de la pieza el exceso de penetrante, antes de aplicar el revelador. 4.2.4.2 Penetrante (penetrant) Fluorescente o coloreado y con un buen poder de penetración. 4.2.4.3 Revelador (developer) Es un polvo muy frío que se aplica a la superficie luego de que el exceso de penetrante ha sido removido. El revelador se aplica para observar el penetrante que ingresa en las discontinuidades y para dar una señal ampliada en la superficie. El revelador puede ser seco o húmedo, y este último puede ser acuoso o no acuoso. 4.2.4.3.1 Revelador seco (RS)

.

.

Es un polvo muy fino que se usa con líquidos fluorescentes. Antes de su aplicación se debe secar la superficie. 4.2.4.3.2 Revelador húmedo acuoso (RHA) Es un polvo revelador listo para ser suspendido o disuelto en agua. 4.2.4.3.3 Revelador húmedo no acuoso (RHNA) Es una suspensión de partículas de revelador en un solvente no acuoso. La aplicación del revelador seco y no acuoso se la hace luego del secado

4.3

Proceso de la práctica:

En la figura siguiente se muestra el proceso a seguir para cada técnica:

1. Limpiar la probeta a examinar (retirar cualquier contaminante de la superficie) y secarla. 2. Aplicar el líquido penetrante seleccionado. Agitar el líquido antes de usarlo. Temperatura de operación entre 16 y 52 grados centígrados. En general para todos los materiales (vidrio, cerámica, herramientas de corte, cuchillas de acero o carburo, metales, moldes fundidos fundiciones) dejar que el líquido penetre por 5 minutos como mínimo. Para materiales forjados, metales rolados y soldaduras dejar 10 minutos. 3. Dejar transcurrir el tiempo indicado en el ítem anterior para que el líquido penetrante ingrese en las discontinuidades. Cuando la abertura de la discontinuidad es pequeña, se debe dejar más tiempo (de 1 a 30 min.)

4. Remover el exceso de penetrante. Si el líquido es del tipo 2, hacer primero la emulsificación y dejar 1 min, (no debe pasar de 5 minutos). Si es fluorescente comprobar la remoción bajo luz negra. 5. Aplicar el revelador. Si es seco, secar antes la superficie; si es húmedo, no es necesario. Agitar el revelador antes de usarlo. Usar revelador seco preferentemente con .líquidos fluorescentes. El revelador en suspensión sirve para cualquier penetrante. Tener en cuenta que: capas finas no extraen al penetrante y capas gruesas enmascaran la información. 6. Inspeccionar la pieza desde el momento en que se aplica el revelador. Dejar el revelador unos 7 min para emitir cualquier juicio sobre las discontinuidades. Si el líquido es fluorescente observar bajo luz negra. Evaluar los resultados. 7. Realizar la limpieza final de la pieza y del sitio ocupado. 8. Llenar la hoja de informe de inspección por líquidos penetrantes. 4.4

INFORME

1. Tema. 2. Objetivos. 3. Llenar el reporte de inspección por líquidos penetrantes. 4. Indique la clasificación de los líquidos penetrantes de acuerdo al tipo de pigmento y la forma de remoción. 5. ¿Cuándo se utiliza cada uno de los tipos de reveladores? 6. Detalle los pasos que se deben dar para realizar este proceso (A1, A2, A3 y B1, B2, B3). Señale características y diferencias de los procesos. 7. Indique los métodos de limpieza que recomienda la norma ASTM E-165 (método y aplicaciones). 8. ¿Qué ventajas y desventajas ofrece el método de líquidos penetrantes frente al de radiografía industrial? 9. Conclusiones. 10. Recomendaciones. 11. Bibliografía. (Traer por pareja de alumnos un trapo blanco de algodón de 30x30cm y por grupo 1/2 galón de thinner. Calibrador y mandil.)

REPORTE DE INSPECCIÓN POR LIQUIDOS PENETRANTES ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL LABORATORIO DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS DEPARTAMENTO DE MATERIALES DATOS GENERALES Cliente:

Informe Nº:

Fecha:

Lugar:

IDENTIFICACIÓN DE LA PIEZA Descripción:

Identificación:

Material:

Estado Superficial:

ESQUEMA DE LA PIEZA

EQUIPOS Y MATERIALES Líquidos: Limpiador / removedor:

Emulsificador:

Penetrante Accesorios

Revelador

CONDICIONES DE TRABAJO Limpieza

Técnica: Tiempos Penetrante: Luz de observación:

Emulsificador:

Revelado: Tiempo:

Normas de Aceptación / Rechazo

Tipo de discontinuidad

RESULTADOS Observaciones

OPERADOR Nivel:

Firma:

SUPERVISOR Nivel:

Firma:

Laboratorio de E.N.D.

Evaluación

Cliente

Fecha:

Fecha:

Firma:

Firma:

4.5

ENSAYO POR TINTAS PENETRANTES

4.5.1

APLICACIONES Fundición Laminación Inspección en procesos de fabricación

Forja Soldadura Maquinados en general Tratamientos térmicos Láminas

Aplicaciones

Barras Ángulos Platinas Inspección en materia prima Ejes, árboles, pistas de rodamientos, chumaceras, pernos, engranajes, poleas, etc

Deterioro a nivel de inspección superficial como finísimas grietas, picaduras, porosidad superficial imperceptible a simple vista

4.5.1.1 Ventajas -

Se aplica en todo tipo de materia, metales cerámicos y polímeros, que no sean porosos.

-

El sistema o kit es muy portátil

-

Se tienen bajos costos unitarios en pequeños y grandes volúmenes.

-

No hay limitación por geometría limitaciones.

4.5.1.2

Limitaciones

-

Se requiere tiempo razonable en su ejecución.

-

Se necesita "experiencia, habilidad y minuciosidad para la aplicación e interpretación.

-

Es necesario una limpieza posterior en la mayoría de los casos.

4.5.2

FUNDAMENTOS DEL METODO

Se trata de aprovechar la capacidad de ciertos líquidos para penetrar y ser retenidos en discontinuidades abiertas a la superficie como: fisuras, poros; esta capacidad depende de los siguientes factores:



MOJABILIDAD: Angulo de contacto entre líquido y sólido.



TENSION SUPERFICIAL: Fuerzas de atracción intermolecular en la superficie de líquidos.



VISCOSIDAD: Fuerzas intermoleculares en el interior de los líquidos que se oponen al movimiento de estos.

La relación entre: ángulo de contacto, tensión superficial y viscosidad, se observa en el fenómeno de capilaridad. Si el líquido moja las paredes del capilar el mismo asciende hasta un nivel donde se establece un equilibrio entre tensiones superficiales y fuerzas inerciales (gravitacionales y viscosas) SENSIBILIDAD

La sensibilidad del método se podrá variar manejando los parámetros físicos propios de cada líquido. Pero su bondad únicamente se demostrara utilizando los patrones de inspección o piezas de ensayo normalizadas, por comparación con líquidos ya calificados, y que se conoce se hallan en condiciones inalteradas.

CARACTERISTICAS DEL PENETRANTE IDEAL

PENETRANTE IDEAL

AGUA

BUEN C.P. PEQUEÑO ANGULO DE CONTACTO

ALTA TENSIÓN SUPERFICIAL

BUEN C.P. ALTO ANGULO DE CONTACTO

AGUA + HUMECTANTES

ANGULO PEQUEÑO BAJA TENSIÓN SUPERFICIAL (NO SE GANA MUCHO)

LÍQUIDOS ORGÁNICOS

ÁNGULOS PEQUEÑOS TENSIÓN SUPERFICIAL (NO VARÍA MUCHO ENTRE ELLOS) VISCOSIDAD (ES LOS IMPORTANTE, ES LO QUE PUEDE VARIAR)

ES IMPORTANTE TÓMAR EN CUENTA LA FORMA DE ELIMINAR EL EXCESO DE LÍQUIDO PENETRANTE DE LA SUPERFICIE DE LA PIEZA.

ETAPAS DE INSPECCIÓN DEL METODO DE TINTAS PENATRANTES

PORO

GRIETA

A: SUPERFICIE LIMPIA

B: LIQUIDO PENETRANTE APLICADO PAPEL O TRAPO HUMEDO CON SOLVENTE

AGUA PULVERIZADA

C: REMOCION DEL EXCESO DE PENETRANTE POLVO SECO

POLVO HUMEDO

D: APLICACION DEL REVELADOR

E: EXTARCCION DEL PENETRANTE POR EL REVELADOR LUZ ULTRAVIOLETA

LUZ VISIBLE

FLUORESCENCIA

F: OBSERVACION DE LAS DISCONTINUIDADES

4.5.3

ETAPAS DE INSPECCION

1. Limpieza y buen secado 2. Aplicación del penetrante 3. Permanencia (desde unos minutos hasta una hora), de acuerdo a especificaciones del fabricante. 4. Remoción del exceso del líquido penetrante de la superficie, sin extraer el de las discontinuidades con medios como: a. Pulverización con agua. b. Trapos humedecidos. c. Solventes. d. Emulsificador - agua 5. La selección del medio de eliminación se la realiza según el tipo de penetrante y de acuerdo a la norma. 6. Cuando se requiere secar la superficie (líquidos lavables con agua y postemulsificables), con aire cal/ente, hay que tomar en cuenta que

las

discontinuidades se contraen y expulsan prematuramente al penetrante. 7. Aplicación del revelador. a. talco o sustancia mineral fina como polvo seco o en b. suspensión acuosa, alcohólica o en solvente. 8. Observación. El revelador extrae al penetrante y lo esparce en la superficie amplificando la información de la discontinuidad desde 0.3 micras hasta el orden de mil/metros.

ENSAYO DE TINTAS PERMANENTES

CAMPO DE ENERGÍA ENERGIA POTENCIAL PRESENTE EN LAS CARACTERISTICAS FISICAS DEL PENETRANTE COMO: TENSION SUPERFICIAL, VISCOSIDAD, ETC.

INTERACCIÓN CON EL MEDIO DESPLAZAMIENTO DEL PENETRANTE A TRAVEZ DE LA PIEZA Y FIJACION EN GRIETAS Y FISURAS

DETECCIÓN MEDIANTE REVELADOR SE EXTRE EL PENETRANTE

PROCESAR INFORMACIÓN EXAMEN VISUAL DE SEÑALES, USO DE LUZ NEGRA Y VISIBLE PARA TINTAS FLUORESCENTES y VISIBLES.

INTERPRETACIÓN DE INFORMACIÓN COMPARACION DE SEÑALES EN BASE A PATRONES, PROCEDIMIENTOS, NORMAS O CODIGOS

EXPRESIÓN Y REGISTRO DE RESULTADOS INFORME DE ENSAYO EN BASE A PROCEDIMIENTOS, EVALUACION, .ETC.

4.5.4

EVALUACION DE LIQUIDOS PENETRANTES

(CONTROL DE CALIDAD DE LOS LIQUIDOS)

UN BUEN EXAMEN DEPENDE DE:

1. Cuidado en la aplicación de las etapas, todas y c/u de ellas son importantes, si se

falla en una, el resultado falla.

2. Aptitud y rendimiento del sistema de penetrante utilizado para ello existen los patrones normalizados A.S.T.M. el método se basa en la comparación de 2 imágenes, la 1ra la de un penetrante de calidad conocida, y la 2da del penetrante de prueba, imágenes que se las observa juntas en el patrón. LIQUIDO 1 CONOCIDO

LIQUIDO 2 DESCONOCIDO

Buena definición

Menor definición

En el medio local no se realiza evaluación de los líquidos para tener una idea del comportamiento y capacidad de detección de los defectos o la sensibilidad dimensional de detección.

4.5.5

ETAPAS DE LÍQUIDOS PENETRANTES

4.5.5.1 LIMPIEZA

CON DETERGENTES

(No deben ser corrosivos al metal) Remueven contaminaciones y suciedad de la superficie.

SOLVENTES

Remueven aceites grasos

VAPOR

Para aceites pesados y grasas; por condición de vapores,

DESENGRASANTE

se escurre el líquido que arrastra las grasas. (Alcalinos o ácidos) para cajas de óxidos por ácidos

SOLUCIONES

inhibidos o álcalis, no debe ser corrosiva para el metal se

DECAPANTES

usa de 90 a 100º de T de solución.

REMOCION DEPINTURAS

LIMPIEZA ULTRASONICA

SOPLADO ABRASIVO

Depende del tipo de pintura. removedores alcalinos solubles en agua entre 80 y 90 ºC. Agitación Ultrasónica asociada a todos los procedimientos mejora el método. Blastin.-Para remover residuos frágiles, se usa solo cuando no aplasta los bordes del defecto. Se debe secar toda agua o solvente para los pasos.

SECADO

posteriores

4.5.5.2 APLICACIÓN

MÉTODOS

INMERSIÓN PULVERIZACIÓN

PRECAUCIONES

PISTOLA COMPRESOR AEROSOLES PINCELES BROCHAS

AL AIRE LIBRE CON EXTRACTORES USO DE MASCARILLAS CONTRA ESE TIPO DE GAS

4.5.5.3 REMOCION

REMOCION DEL EXCESO DE PENETRANTE

PENETRANTES PREEMULSIFICABLES CON

AGUA

PENETRANTES POSTEMUILSIFICABLES PENETRANTES REMOVIBLES CON SOLVENTE

4.5.5.4 REVELADO

(1) POLVO SECO

SOLO PARA FLUORESCENTES

(2) POLVO EN SUSPENCIÓN ACUOSA

SE PREPARA

(3) POLVO EN SUSPENCIÓN NO ACUOSA

EN AEROSOL, ES MAS SENSIBLE

PARA (1) Y (3) SE DEBERÁ DAR UN SECADO PREVIO MUY LIGERO 4.5.5.5 OBSERVACION Y EVALUACION

1. Observar inmediatamente al aplicarse el revelador 2. Observar una o más veces en los 15 o .20 minutos, si hay indicaciones débiles, el tiempo se puede extender 3. Observar con luz natural o artificial con una iluminación no menor a 500 lux. (1 lux = iluminación dada por una candela a 1 m de distancia) 4. Observar en cuarto oscuro para líquidos fluorescentes con la mejora de luz negra de 900 a 1000 lux para máxima sensibilidad, de 200 a 250 para casos normales. FISURAS O DISCONTINUIDAD SIMILAR Línea roja o fluorescente

FISURAS ESTRECHAS O PARCIALMENTE CERRADAS Línea a trazos

POROS GRUESOS Indicación grande que cubre toda un área

POROS FINOS Puntos distribuidos al azar o localizados

INFORME: Constará.- resultados Condiciones de recepción de pieza preparación sobre la pieza, normautilizada, tipo de proceso utilizado, tipo de limpieza, forma de aplicación, condiciones de revelado, tiempo de observación. EQUIPAMIENTO PARA LIQUIDOS PENETRANTES.

4.6

LUZ NEGRA

Los líquidos fluorescentes constituyen la técnica más sensible y su observación se la realiza con el uso de la luz negra que produce fluorescencia en el líquido.

La fluorescencia es la propiedad de ciertas substancias para emitir radiaciones de mayor longitud de onda que la radiación primaria (luz negra), la luz negra produce fluorescencia en estas substancias.

La luz negra se emite entre 3200 a 4000 A de longitud de onda, es mas corta que el extremo violeta del espectro visible, no es observable por el ojo humano. 4.6.1

CARACTERISTICAS DE LA LUZ NEGRA.

-

Mata bacterias, se utiliza para desinfección.

-

Causa quemaduras, en la piel expuesta en el tiempo.

-

Produce ozono (ioniza el oxígeno).

-

Dañina para el ojo humano, puede quemar la retina.

-

Los líquidos fluorescentes producen luz amarillo verdosa

LOS LÍQUIDOS FLUORESCENTES PRODUCEN LUZ AMARILLO VERDOSA VISIBLE Y MÁS SENSIBLE A LA VISTA QUE OTRO TIPO DE COLOR

4.6.2

FUENTES DE LUZ NEGRA

4.6.2.1 FUENTES

-

Lámparas incandescentes de luz negra con filtro rojo púrpura, vida corta, muy caliente, bajo rendimiento.

-

Tubos de luz negra filtro rojo púrpura, descarga de arco eléctrico en atmósfera de vapor de mercurio de baja presión. tubos pequeños de 6 a 8 varios, 220 volts.

-

Tubos de 40 a 60 vatios.

-

En los grupos anteriores se obtiene luz negra de baja intensidad por lo que es necesario observar con la luz muy cerca de la pieza. Lámparas de vapor de mercurio de alta presión son las de mejor rendimiento.

-

Tipo reflector de 100 vatios concentrando el haz en pequeñas áreas.

-

Tipo bulbo, reparten el haz en áreas más grandes

4.6.2.2 ILUMINACION -

Iluminación mínima 950 lux (para fisuras pequeñas como de amolado).

-

Para fisuras abiertas a la superficie 750 lux.

-

Defectos gruesos 500 lux.

-

El área debe ser obscurecida sin luz visible.

4.6.3

MANEJO Y VERIFICACIONES EN LA LUZ NEGRA

Para un mejor aprovechamiento de la luz negra, conviene tomar ciertas precauciones simples. Es necesario medir periódicamente la intensidad de la lámpara pues con el uso se puede variar el rendimiento (sé dispondrá de un fotómetro estándar). EL RENDIMIENTO VARIA:

1. Dentro de la lámpara del mismo tipo y marca 2. Si varía el voltaje. 3. Decae con el tiempo, puede llegar a solo el 25% del inicial. 4. La suciedad obstruye la salida de luz negra hasta en un 50%. 4.6.4

-

OPERACIÓN

Calentamiento de 5 minutos hasta ionizar el mercurio, antes de ese tiempo no es factible utilizar el equipo

-

Si se apaga o corta la corriente, es necesario que la lámpara se enfrié por 10 minutos antes de encenderla nuevamente.

-

Cada arranque resta 3 horas de vida, no se apagara si el tiempo de parada es inferior este.

EL VOLTAJE DE RED TIENE QUE SER DEL VALOR CORRECTO Y ESTABILIZADO (120 VOLT), DEJARA DE OPERAR A 90 VOLT y CON 130 VOLT. SE QUEMARA RAPIDAMENTE

4.7

CONSIDERACIONES EN EL ENSAYO DE TINTAS PENETRANTES

-

Cuidado y exactitud en todas las etapas.

-

La superficie tiene que estar limpia de tal forma que se permita la entrada del líquido a las discontinuidades.

-

La eliminación del exceso de penetrante debe ser muy meticulosa, de tal forjv1a de evitar la salida del penetrante del interior de la discontinuidad.

-

Para liquidas lavables con agua, no usar chorro de agua o agua a presión, pues saldría el líquido de las discontinuidades.

-

Para líquidos post-emulsificables existe menor posibilidad de extraer, por lo que se puede lavar con chorro de agua, o sumergir la pieza.

-

Para lavables con agua y lavables con solvente, se limpiara el exceso de penetrante con trapos humedecido en agua y solvente respectivamente.

-

Grietas más abiertas requieren menor tiempo de penetración y viceversa.

-

Discontinuidades de abertura ancha como las grietas por tratamiento térmico, requieren de métodos adecuados para no remover el líquido ingresado, para el caso se recomienda p.e. líquidos post-emulsificables.

-

Para discontinuidades de abertura estrecha, lo recomendable son líquidos fluorescentes lavables con solvente o fluorescentes post-emulsificables, el tiempo de permanencia para estos casos se puede prolongar sobre los 30 minutos.

-

Debe existir compatibilidad en las etapas de: limpieza, aplicación, eliminación del exceso de penetrante, revelado e inspección.

-

No debe mezclarse en el proceso productos de diferentes marcas.